Ingenieros prevén superpoderes en una nueva tecnología más delgada

Los dispositivos conectados a Internet han colonizado una gama de fronteras nuevas: muñecas de la mano, refrigeradores, timbres de puertas, autos. Pero para algunos investigadores, la propagación de la “Internet de las cosas” no ha ido suficientemente lejos.

“¿Qué tal si pudiéramos incorporar la electrónica en absolutamente todo?”, dijo recientemente Tomás Palacios, ingeniero eléctrico en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). “¿Qué tal si cosecháramos energía de celdas solares dentro de las carreteras, y tuviéramos sensores de tensión incorporados en túneles y puentes para monitorear el concreto? ¿Qué tal si pudiéramos mirar hacia afuera y ver el pronóstico del tiempo en la ventana? ¿O poner dispositivos electrónicos en mi saco para monitorear mi salud?”.

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En enero del 2019, Palacios y sus colegas publicaron un artículo en la revista Nature que describía un invento que acercaría ese futuro un poco más: una antena que puede absorber el caldo ambiental cada vez más espeso de Wi-Fi, Bluetooth y señales celulares y convertirlo en energía eléctrica utilizable.

La clave es un material prometedor: el disulfuro de molibdeno, o MoS2, depositado en una capa de sólo tres átomos de grosor. En el mundo de la ingeniería, las cosas no pueden volverse mucho más delgadas.

Y lo delgado es útil. Una capa de MoS2 podría envolver un escritorio y convertirlo en un cargador de laptops, sin cables.

La manía por la química 2-D empezó en el 2004, cuando investigadores en la Universidad de Manchester usaron cinta adhesiva para quitar capas de carbono de un átomo de grosor de pedazos de grafito, formando grafeno. El grafeno es idéntico al grafito y el diamante en su composición, pero la delgadez lo hace flexible, transparente, sumamente fuerte y un conductor eléctrico y térmico excepcional.

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Recientemente, varias compañías lanzaron audífonos con diafragmas —las membranas vibrantes que producen sonido en los dispositivos de audio— hechos de grafeno. Algunos fabricantes de pintura están agregando el grafeno a sus fórmulas para producir capas más duraderas. En octubre pasado, Huawei presentó el Mate 20 X, un teléfono celular grande y potente que usa el grafeno para ayudar a enfriar el procesador. Samsung utilizó el grafeno para desarrollar una batería que se carga más rápido, que podría aparecer en los teléfonos en un futuro próximo.

Jeff Urban, investigador en la Fundición Molecular en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, en California, trabaja con materiales 2-D para mejorar las celdas de combustible, que han atraído interés como un sistema de propulsión limpio para los vehículos verdes. La mayoría de las celdas de combustible genera electricidad con el hidrógeno, pero incluso bajo alta presión el gas de hidrógeno ocupa varias veces más espacio que una cantidad comparable de gasolina, haciéndolo impráctico para usarse en automóviles.

En lugar de eso, Urban incorpora átomos de hidrógeno en sólidos, que son mucho más densos que los gases. En marzo, él y sus colegas anunciaron un nuevo medio de almacenamiento: minúsculos cristales de magnesio envueltos en tiras delgadas llamadas nanocintas de grafeno. Encontraron que el hidrógeno almacenado de esta forma podía proporcionar casi tanta energía como el mismo volumen de gasolina, pero pesando mucho menos.

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En otras partes, los investigadores toman capas de materiales súper delgadas y las apilan en bloques tridimensionales con propiedades distintas de los materiales 2-D y 3-D.

Xining Zang, candidata posdoctoral en la ciencia de materiales en el MIT, descubrió hace poco una manera sorprendentemente fácil de construir pilas de materiales 2-D usando gelatina, el ingrediente que da al postre Jell-O y los malvaviscos su estructura. Ella y varios colegas combinaron gelatina, iones de metal y agua. La gelatina se fusionó en capas, disponiendo así los iones de metal en capas también. Luego parte del carbono en la gelatina reaccionó con el metal para producir capas bidimensionales de carburos de metal; éstos funcionaron como catalizadores para ayudar a separar agua en oxígeno e hidrógeno, un proceso que podría emplearse para generar electricidad en las celdas de combustible.

“Está exactamente en la interfase entre la alta y la baja tecnología”, afirmó Nate Hohman, científico de planta previamente en la Fundición Molecular y un autor del artículo.